擴口組對機的創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計

路永軍 常言忠

(山東法因數(shù)控機械股份有限公司，山東濟南 250101)

擴口組對機是熱水器生產(chǎn)線上一種重要設(shè)備生產(chǎn)線，由中筒擴口機和內(nèi)膽組對機兩大部分組成。隨著熱水器行業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對擴口組對機的需求量越來越大，上料方法也越來越多樣化、復雜化，封頭與中筒組對后的定位要求也越來越高。為此，在第一代擴口組對機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進行了設(shè)計創(chuàng)新，增加了新的機構(gòu)，進行了結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化，不斷滿足生產(chǎn)廠家新的需要同時，提高了產(chǎn)品競爭力。

1 第一代擴口組對機的原理與特點

首先大略介紹第一代擴口機的結(jié)構(gòu)與工作原理。擴口機主要由床身、左、右漲緊動力箱及漲緊頭、漲套、左、右擴口機構(gòu)、上料架、光電保護器、氣動、液壓和電氣控制系統(tǒng)等組成。床身兩側(cè)裝有筒長調(diào)整絲桿和推進油缸，可實現(xiàn)動力箱的推進和退回，調(diào)整動力箱在床身上的位置，滿足不同長度中筒的擴口需要。漲緊頭的作用是漲緊中筒并使之旋轉(zhuǎn)。左、右擴口機構(gòu)裝在左、右漲緊動力箱上，其作用是對中筒兩端同時擴口。

第一代擴口機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該機構(gòu)由固定支架，移動支架，油缸，主、從滑塊，滾柱，上、下旋壓輪等組成。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整絲杠可使移動支架在固定支架的導向槽內(nèi)上下移動，改變機構(gòu)的高度，適應不同直徑中筒的擴口需要。移動支架上裝有主動滑塊與從動滑塊，兩滑塊上各自開有不同的凸輪槽，移動支架中間隔墻上開有水平導向槽，滾柱裝在水平導向槽內(nèi)，其兩端分別插在兩滑塊的凸輪槽內(nèi)，當主動滑塊在油缸驅(qū)動下垂直運動時，它迫使?jié)L柱在移動支架導向槽內(nèi)水平滾動，滾柱又迫使從動滑塊做與主動滑塊方向相反的垂直運動，從而實現(xiàn)兩滑塊的相對運動。兩滑塊下端分別裝有上下旋壓輪，因而上下旋壓輪可隨兩滑塊的相對運動實現(xiàn)嚙合和分離，完成工件的擴口工作。

擴口組對機有以下特點:擴口、組對質(zhì)量高，工作可靠，操作簡單易學，調(diào)整方便，適應性廣，既能適應不同直徑、不同高度、不同壁厚工件的擴口、組對，又能適應不同廠家提出的手動上料或自動上料等上料方式的需要。為此，我公司自做出第一臺擴口組對機之后，根據(jù)市場需求，不斷改進設(shè)計，經(jīng)過多年努力，形成了RPM型擴口機和S1型組對機的系列產(chǎn)品。

我們所做的第一臺組對機是立式的，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于操作，但操作工人勞動強度大，封頭與中筒全是人工上料，效率低，不便于實現(xiàn)上料自動化，且封頭與中筒的定位精度較低。

2 擴口組對機的創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計

2.1 擴口機的優(yōu)化改進

第一代擴口機構(gòu)雖可工作，但存在以下缺點:

(1)對滑塊凸輪槽加工精度要求高，否則兩輪不能很好嚙合;

(2)滾柱處于封閉空間，受力情況不好，難于潤滑;

(3)上下旋壓輪嚙合間隙無法調(diào)整，不能適應中筒壁厚的變化。

為了克服上述缺點，我們改進了擴口機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理，如圖2所示。從圖中可以看出，兩滑塊的相對運動不是靠凸輪槽而是靠杠桿、滾輪的驅(qū)動完成的，不僅結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，容易裝配，便于潤滑，而且在從動滑塊上裝有行程限位塊，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，可非常方便地改變兩旋壓輪的嚙合間隙，適合不同壁厚中筒的擴口需要。

2.2 組對機的改進設(shè)計

為了提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度、實現(xiàn)上料自動化、滿足封頭與中筒的定位要求，我們對第一代立式組對機進行了改進，設(shè)計了臥式組對機。它增加了新的機構(gòu)框架并擁有足夠的功能拓展空間。

手動上料臥式組對機結(jié)構(gòu)如圖3所示，由床身、左、右機頭、機頭位置調(diào)整機構(gòu)、裝于床身中部的中筒支承機構(gòu)、光電保護裝置和液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

左、右機頭均由軸箱、立式框架、滑臺、旋壓機構(gòu)、中筒整形機構(gòu)和模具等組成。右機頭還有一套驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)，該機構(gòu)由電動機、減速機、傳動機構(gòu)組成。

旋壓機構(gòu)由旋壓油缸、調(diào)節(jié)裝置、旋壓輪等組成。旋壓輪可在旋壓油缸推動下做進給運動，又可用手動調(diào)節(jié)完成小范圍內(nèi)的水平運動，以便滿足不同規(guī)格的封頭高度有所不同的需要。

中筒支承機構(gòu)(參見圖4a):主要由升降氣缸、升降架、直線軸承、導向柱、支座、支桿、左旋絲杠、右旋絲杠、調(diào)整絲母等組成，旋轉(zhuǎn)調(diào)整絲母可改變兩支桿張開角度，從而適應不同直徑中筒的需要，并保證不論直徑大小，都能使其中心與主機主軸中心重合。

該組對機的工作過程是:

根據(jù)內(nèi)膽總成長度，調(diào)整機頭位置;根據(jù)中筒直徑，調(diào)整支桿張開角度和滑臺高度;人工放封頭和中筒;

按下按鈕，機器將按程序自動完成以下工作:

(1)左、右機頭向中筒移動，將兩封頭插入中筒兩端，并壓緊;

(2)升降架下降;

(3)旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn);同時，旋壓輪下移并壓緊中筒的翻邊處進行滾壓;

(4)旋壓輪自動退回，電動機停轉(zhuǎn);

(5)升降架上升接住組好對的內(nèi)膽;

(6)左、右機頭向外移動，人工取出工件。

將組對機由立式改為臥式，不僅是結(jié)構(gòu)上的變化，而且也是工作原理上的突破，臥式組對機相對立式組具有以下優(yōu)點:

(a)臥式組對機能夠布置到生產(chǎn)線中，實現(xiàn)自動上中筒，只需人工上封頭，可實現(xiàn)半自動化。

(b)工人勞動強度大大降低，加工工件的效率大大提高。

2.3 中筒整形機構(gòu)的設(shè)計

中筒整形機構(gòu)如圖5所示。其主要構(gòu)件是帶有內(nèi)圓錐面和圓柱孔的導向盤，該導向盤用兩支架固定在左、右軸箱兩側(cè)，當導向盤隨軸箱向床身中部推進而遇到中筒時，其內(nèi)錐面會自動將中筒的橢圓糾正成正圓，以便使封頭順利插入中筒擴口處，中筒導向盤與模具的相對位置可通過調(diào)整螺釘調(diào)整。

2.4 封頭與中筒定位機構(gòu)的設(shè)計

隨著熱水器內(nèi)膽結(jié)構(gòu)形式的日益多樣化、復雜化，熱水器制造企業(yè)對組對機定位功能要求越來越高。因此，必須設(shè)計可靠的封頭與中筒的定位機構(gòu)。要想使封頭與中筒的相對位置達到要求的定位精度，必須保證做到以下三點:一是封頭初始位置準確;二是中筒初始位置準確;三是封頭裝入中筒后工件旋轉(zhuǎn)時，兩者不能有相對轉(zhuǎn)動，即中筒與封頭不打滑。

保證封頭初始位置準確，是靠電氣程序?qū)崿F(xiàn)的，即使由于某種原因封頭不在初始位置，操縱觸摸屏也能使之快速回歸初始位置。電氣程序使伺服電機旋轉(zhuǎn)整圈數(shù)，就能保證模具每次停留在初始位置上，為新封頭的準確定位創(chuàng)造條件。

中筒初始位置是靠中筒定位機構(gòu)確定的，該機構(gòu)裝在中筒支承機構(gòu)上，參見前圖4a，它主要由T形槽、工字架、滑動塊與定位塊組成。其定位方法是:人工放中筒時，要使中筒上的兩焊接托架跨在定位塊上，確定中筒方向，如圖4b所示，裝封頭時即使中筒軸向有所移動，由于定位塊的導向作用，中筒不會轉(zhuǎn)動，其方向不會改變，從而保證封頭與中筒相對位置的準確性。工件旋轉(zhuǎn)前，定位塊已隨升降架下移，不會影響工件旋轉(zhuǎn)。

要想使中筒與封頭不打滑，兩封頭與中筒必須壓緊，產(chǎn)生足夠大的摩擦力，并且合理設(shè)計中筒擴口形狀，中筒兩端不僅要形成喇叭口與小臺階，還要有一個內(nèi)圓柱面，包容并裹緊封頭開口端，有效地增大摩擦力，防止打滑。

2.5 步進上中筒機構(gòu)的設(shè)計

步進上中筒機構(gòu)既可用在擴口機上，也可用在組對機上，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

該機構(gòu)主要由升降氣缸、水平運動無桿氣缸、升降架、移動小車、前、后V形架等組成。裝在床身中部的升降氣缸，可推動升降架上下移動，升降架有直線軸承和導柱作為導向機構(gòu)，升降架上又裝有無桿氣缸，其滑座上裝有放置中筒用的移動小車，小車成L形，其水平板和垂直板上各有兩個定位槽，支承中筒用的可調(diào)角度的前、后V形支承架分別固定在定位槽上。在兩個氣缸的推動下移動小車可做垂直運動和水平運動，運動軌跡為矩形，依次可以達到左上位、左下位、右下位、右上位、左上位……

為了接收擴好口的中筒或組對后的內(nèi)膽，在主機外側(cè)增添了脫料平臺，它由支架和與水平面傾斜一定角度的鋼管組成，鋼管位置可以根據(jù)工件長短和形狀隨意調(diào)整。

3 結(jié)語

隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，熱水器制造廠家必然還會不斷提出新的功能要求，生產(chǎn)實際也會不斷向我們提出新課題，但我們只要堅持設(shè)計創(chuàng)新的根本理念，不斷探討新思路，研究新機構(gòu)，穩(wěn)扎穩(wěn)打，步步為營，就一定能解決生產(chǎn)中的新問題，滿足企業(yè)的各種各樣的新要求，使我們的產(chǎn)品不斷推陳出新，使我們的擴口機、組對機在熱水器行業(yè)中占有越來越多的市場份額，為我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展做出應有的貢獻。

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